Ái lực điện tử là gì?

Trong hóa học, khi nghiên cứu các tính chất tuần hoàn, chúng ta tìm thấy ái lực điện tử. Điều này đề cập đến sự thay đổi năng lượng xảy ra khi một nguyên tử chấp nhận các electron ở trạng thái khí cơ bản. Sự thay đổi năng lượng này được định lượng và phản ánh khả năng chấp nhận nhiều hay ít electron của nguyên tử nói trên. Các nguyên tử có điện tích hạt nhân hiệu dụng mạnh hơn có ái lực điện tử cao hơn.

Phản ứng xảy ra khi một nguyên tử nhận thêm một electron có thể được biểu diễn như sau:

X + e  ^–   → X  ^–   + Năng lượng

Một cách khác để xác định ái lực điện tử là lượng năng lượng cần thiết để loại bỏ một điện tử khỏi ion âm :

X  ^–   + E → X + e  ^–

Những điểm chính

• 1.- Ái lực điện tử là sự biến đổi năng lượng xảy ra khi nguyên tử nhận điện tử ở trạng thái khí cơ bản.
• 2.- Được biểu thị bằng ký hiệu Ea và được biểu thị bằng đơn vị kJ/mol.
• 3.- Ái lực electron tuân theo xu hướng trong bảng tuần hoàn. Nó tăng lên bằng cách di chuyển lên một cột hoặc nhóm và cũng tăng lên bằng cách di chuyển từ trái sang phải qua một hàng hoặc khoảng thời gian (ngoại trừ khí hiếm).
• 4.- Giá trị có thể dương hoặc âm. Ái lực điện tử âm có nghĩa là năng lượng phải được cung cấp để liên kết một điện tử với nguyên tử. Ở đây, việc bắt giữ các electron là một quá trình thu nhiệt. Nếu ái lực điện tử dương, quá trình này tỏa nhiệt và xảy ra một cách tự phát.

Xu hướng ái lực điện tử

Ái lực điện tử thể hiện một xu hướng có thể được quan sát thấy trong tổ chức của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

• Ái lực điện tử càng lớn thì nguyên tố càng cao trong một nhóm (cột của bảng tuần hoàn).
• Ái lực electron tăng dần từ trái sang phải trong một khoảng thời gian (hàng của bảng tuần hoàn). Ngoại lệ là khí trơ, nằm ở cột cuối cùng của bảng. 

Điều này là do khi bạn đi xuống bảng, bán kính nguyên tử của các nguyên tố tăng lên và chúng có ái lực điện tử thấp hơn hoặc ít năng lượng hơn để giải phóng.

Phi kim điển hình có trị số ái lực electron lớn hơn kim loại. Clo hút electron mạnh, trong khi thủy ngân là nguyên tố có nguyên tử hút electron yếu nhất. Ái lực đối với các electron khó dự đoán hơn trong các phân tử vì cấu trúc điện tử của chúng phức tạp hơn.

Công dụng của ái lực điện tử

Lưu ý rằng các giá trị ái lực điện tử chỉ áp dụng cho các nguyên tử và phân tử khí, vì mức năng lượng của các điện tử lỏng và rắn bị thay đổi do tương tác với các nguyên tử và phân tử khác. Mặc dù vậy, ái lực điện tử có nhiều ứng dụng thực tế khác nhau. 

Nó được sử dụng để đo độ cứng hóa học và dự đoán tiềm năng hóa học điện tử. Việc sử dụng chính của các giá trị ái lực điện tử là để xác định liệu một nguyên tử hoặc phân tử sẽ đóng vai trò là chất nhận điện tử hay chất cho điện tử. Chúng ta cũng có thể biết các nguyên tố sẽ phản ứng như thế nào, liệu chúng có tạo ra năng lượng hay cần năng lượng hay không. Thông tin này rất hữu ích để dự đoán kết quả trong quá trình điều tra.

Dấu hiệu trong ái lực điện tử

Ái lực điện tử thường được biểu diễn bằng đơn vị kilôgam trên mol (kJ/mol). Đôi khi các giá trị được đưa ra dưới dạng độ lớn so với nhau.

Nếu giá trị của ái lực điện tử hoặc  E _ea  là âm, điều đó có nghĩa là cần có năng lượng để cố định một điện tử. Các giá trị âm được quan sát đối với nguyên tử nitơ và cũng như đối với hầu hết các lần bắt electron thứ hai. Nó cũng có thể được nhìn thấy đối với các chất như kim cương. Đối với một giá trị âm, sự bắt electron là một quá trình thu nhiệt:

E  _ea   = -ΔE (đính kèm)

Phương trình tương tự được áp dụng nếu E _ea   có giá trị dương. Trong tình huống này, thay đổi ΔE có   giá trị âm và biểu thị quá trình tỏa nhiệt. Sự bắt giữ electron đối với hầu hết các nguyên tử khí (trừ khí hiếm) giải phóng năng lượng và tỏa nhiệt. Một cách để ghi nhớ việc bắt giữ một electron có ΔE âm là   ghi nhớ năng lượng mà nó đã giải phóng.

Hãy nhớ rằng: ΔE và Eea có dấu hiệu trái ngược nhau!

Ví dụ tính toán ái lực điện tử

Ái lực điện tử của hydro là ΔH trong phản ứng:

H(g) + e–  ^→  H–  ⁽  g); ΔH = -73 kJ/mol, do đó ái lực điện tử của hydro là 73 kJ/mol. Tuy nhiên, dấu cộng không được trích dẫn, vì vậy  E  ea được viết đơn giản là 73 kJ/mol.

nguồn

• Anslyn, Eric V.; Dougherty, Dennis A. (2006). Hóa học hữu cơ vật lý hiện đại  . Sách đại học Khoa học. ISBN 978-1-891389-31-3.
• Atkins, Peter; Jones, Loretta (2010). Nguyên tắc hóa học cho việc tìm kiếm Insight  . Freeman, New York. ISBN 978-1-4292-1955-6.
• Lớp Học Nhanh (2018) HÓA HỌC. Ái lực điện tử là gì? Bảng tuần hoàn. Bằng tú tài AULAEXPRESS. Có tại https://www.youtube.com/watch?v=uAyXJ182RzQ&ab_channel=AulaExpress
• Himpsel, F.; Knapp, J.; Vanvechten, J.; Eastman, D. (1979). “Quang năng lượng tử của kim cương (111) – Ái lực âm phát ổn định”.  Ôn tập vật lý B . 20(2):624. doi:  10.1103/PhysRevB.20.624
• Tro, Nivaldo J. (2008). Hóa học: Phương pháp tiếp cận phân tử  (Ấn bản thứ 2). Áo mới: Hội trường Pearson Prentice. ISBN 0-13-100065-9.
• IUPAC (1997). Bản tóm tắt thuật ngữ hóa học (  Tái bản lần thứ 2) (“Sách vàng”). doi:  10.1351/goldbook.E01977